Optimización, pruebas y diagnóstico de propulsores Hall miniatura

El objetivo general de esta presentación, es presentar la metodología involucrada en la prueba de propulsores de propulsión eléctrica especializadas en una instalación de simulación de entorno espacial basado en tierra. Los métodos involucrados cuentan con sistemas automatizados que incorporan integración hardware-software para realizar sistemas inteligentes para diagnósticos automatizados o remotos y evaluación del rendimiento de módulos de propulsión y otras cargas útiles en el espacio. El centro de propulsión espacial, Singapur, es un centro de investigación en el Instituto Nacional de Educación de la Universidad Tecnológica de Nanyang, Singapur.

Los entornos de prueba desarrollados aquí incluyen dos instalaciones de simulación de entorno espacial para diferentes propósitos. El simulador de entorno espacial a escala se emplea principalmente en las pruebas de por vida de los propulsores. Los propulsores se disparan durante largos períodos de tiempo en esta instalación para evaluar los efectos del daño plasmático en los canales de socorro.

y posteriormente para inferir la vida útil de los propulsores. El escenario suspendido cuatrilar permite una visualización adecuada de cómo los módulos de propulsión montados en diferentes cargas útiles pueden influir en la maniobra in situ en el espacio. Esto se simula a través del montaje y suspensión de toda la carga útil en el sistema suspendido.

Los propulsores pueden ser disparados y la plataforma suspendida donde se montan los módulos se accionan de acuerdo con las condiciones en el espacio. El péndulo cuatrilar también acelera el proceso de nivelación, calibración e instalación de propulsores y módulos para pruebas en el entorno espacial. Con esta configuración sólo se requiere un operador en la instalación de prueba para utilizar la modulación de frecuencia en los cables torsional, para nivelar y calibrar todo el sistema.

En el simulador de entorno espacial a gran escala, aparte de la etapa de empuje suspendido cuatrilar que permite la derivación in situ del empuje, las sondas robóticas de accionamiento espacial modular también se pueden personalizar para el montaje a través de unidades de fijación configurables. También vale la pena señalar que la gran Instalación para el Medio Ambiente Espacial cuenta con numerosos puntos de montaje y filtros electrónicos de agarre al vacío para permitir la instalación de múltiples propulsores y equipos de diagnóstico para la evaluación simultánea del rendimiento. Esto reduce el tiempo de inactividad incurrido cuando la cámara es evacuada y bombeada durante los procesos de instalación y reconfiguración de acceso si las pruebas se realizaran individualmente.

Ahora pasaremos por los procedimientos de instalación y calibración del péndulo cuatrilar antes de probar las unidades de propulsión. En primer lugar, asegúrese de que todos los componentes estén instalados en la cámara según sea necesario para las pruebas posteriores. Pruebe la conectividad de las herramientas de diagnóstico externamente antes de sellar la cámara.

Utilice el control integrado de la instalación para sellar la cámara. Encienda las bombas de vacío en cascada a partir de las bombas secas, las bombas turbo moleculares y luego las bombas criogénicas. Utilice las aplicaciones desarrolladas para sincronizar sus dispositivos con los transpondedores inalámbricos en la cámara.

El proceso de sincronización se ha completado cuando el LED parpadeante de los transpondedores deja de parpadear. Una vez que se ha obtenido el vacío deseado y la lectura inicial se quita del sensor de desplazamiento láser como línea de base. Utilice la aplicación desarrollada para activar la reducción de un peso calibrado para la traducción de la fuerza en la etapa cuadrática.

Registre el desplazamiento desde el sensor de desplazamiento láser. Repita el proceso de reducción de pesos y registro de la etapa cuadrática de desplazamiento hasta que se gasten todos los pesos de calibración. Dibuje una curva de calibración para obtener el factor de calibración del sistema instalado en la etapa cuatrilar.

Los propulsores pueden ser disparados y los parámetros deseados pueden ser capturados en tiempo real por el programa de adquisición de datos escrito por investigadores internos. Alternativamente, se puede utilizar una aplicación integrada para automatizar completamente el proceso de calibración mientras se sincroniza la secuencia de accionamiento de los motores y la adquisición de datos de los sensores en consecuencia. Ahora revisaremos los procedimientos para verificar de forma independiente los parámetros de empuje obtenidos a una medición nula y cómo se puede activar un proxy accionado espacialmente para obtener perfiles de penacho después de que se hayan realizado mediciones de empuje.

En primer lugar, tome una lectura de línea base del péndulo cuatrilar en la posición de equilibrio. Alternar los parámetros operativos a los valores deseados desde el panel de control del propulsor y disparar el propulsor. Una vez que se dispara la confianza, espere a que las oscilaciones en el péndulo cuatrilar se estabilicen.

Después de la estabilización, utilice la aplicación de control para el sistema de medición nulo para desencadenar la reducción de pesos. Los pesos se bajan continuamente hasta que la etapa cuatrilar se acciona de nuevo en equilibrio. Una vez alcanzada la posición de equilibrio, se termina la secuencia de accionamiento y se determina la fuerza necesaria para devolver el sistema cuatrilar al equilibrio.

A continuación, se activa un bloque de tapón para impedir que la etapa cuadrifica se mueva. A continuación, se realiza una secuencia de barrido en el soporte de la sonda de medición espacial. Una secuencia sincronizada se coloca en bucle para adquirir datos del sondeo en cada ubicación espacial y se almacena en una matriz para analizarla en consecuencia.

Otras sondas se pueden personalizar para montarse en el accesorio modular para utilizar información espacial en los perfiles de plumas. En esta sección vamos a repasar los resultados típicos obtenidos de una secuencia de calibración, así como los perfiles de plumas típicos obtenidos a través de un barrido de sonda faraday. La calibración del empuje cuatrilar a la etapa de medición se realiza a través del empleo de ese motor de sonda accionado para el sistema de traducción.

Con el fin de derivar los factores de calibración necesarios para la derivación de empuje durante la tarea experimental. Una secuencia que activó un operador de un programa automatizado para reducir los pesos de calibración finos que actúan verticalmente y se traduce horizontalmente para simular el accionamiento cuando se dispara el propulsor. Las lecturas de un sensor de desplazamiento láser de alta resolución se toman en cada intervalo y, a continuación, se dibuja una curva de calibración para obtener el factor de calibración para mediciones posteriores en el sistema.

En esta figura, vemos una curva de calibración típica dibujada durante un único proceso de calibración automatizada. Como se puede ver, la alineación y configuración adecuadas de la etapa cuadrifilar da como resultado una gráfica de calibración muy lineal que produce un factor de calibración de 27,65 mili newtons por voltio. En una configuración estandarizada para mediciones de empuje en una amplia gama de fuerzas.

La configuración también se puede modificar para que se ajuste a los pesos de calibración para regímenes extendidos como se muestra en esta gráfica de calibración. Los cables torsionales se ajustan para la sensibilidad y se incluyen pesos de calibración finos y de curso para producir una gráfica de calibración que es lineal en ambos regímenes. En esta figura se muestra una muestra de las mediciones in situ para el empuje derivado.

Esta figura muestra cómo un operador es capaz de monitorear la dependencia del empuje en la tensión de descarga. Durante el transcurso del experimento, hasta que se extinga la descarga. Usando la etapa de mediciones de empuje cuatrilar, pudimos medir el empuje producido por todo el propulsor a varias potencias de entrada dadas por la corriente de descarga y la tensión aplicada.

A través de esta información, se puede obtener la variación de la eficiencia y el impulso específico con respecto a la potencia de entrada. Estas cifras muestran cómo el empuje y el impulso específico varían con la potencia de entrada a cuatro velocidades de flujo de masa diferentes. Y esta figura muestra cómo la eficiencia depende de la potencia de entrada.

Los resultados muestran que el propulsor se ha optimizado para trabajar a la potencia de entrada es inferior a 100 vatios, donde los caudales bajos han dado lugar a eficiencias de casi 30%Después de que se dispara el propulsor se activa una secuencia de medición nula para verificar independientemente la confianza obtenida del sistema. Cuando se dispara el empuje, la etapa se desplaza de acuerdo con la magnitud de la propulsión derivada del sistema. La unidad de medida nula es una unidad de calibración opuesta montada en el sistema simétrico, que utiliza un sistema de traslación de fuerza similar para accionar la etapa de nuevo al equilibrio.

Un sensor de desplazamiento láser monitorea activamente el desplazamiento a lo largo de la medición y activa el sistema de activación para activar una secuencia que termina solo cuando se alcanza el equilibrio de línea base. Un operador también es capaz de visualizar los perfiles de plumas in situ como se muestra en esta figura. Esta figura muestra cómo la potencia de descarga influye en la magnitud de la densidad de corriente de hierro pico y la anchura completa a la mitad máxima en consecuencia.

Se sabe que los procesos físicos que son intrínsecos al plasma impulsan y controlan la autoajeción y el autoensamble durante la síntesis de materiales. en QUT en colaboración con fuentes de plasma y centro de aplicación, estudiamos cómo estos bloques de construcción se forman, moldean y entregan a las superficies en las diferentes condiciones plasmáticas. Esperamos que al comprender cómo se comportan estas nanoe estructuras de forma plasmática seamos capaces de diseñar procesos que garanticen la entrega e incorporación oportunas y eficientes sólo para agregar el sitio donde realmente se necesita la reparación.

Proporcionándonos sistemas de propulsión por plasma que son más largos y más eficientes. En esta presentación hemos presentado una visión general de las consideraciones realizadas al diseñar una instalación para la prueba de sistemas de propulsión y módulos desplegables en un entorno espacial simulado. Además, hemos demostrado la versatilidad y las fortalezas del uso de sistemas basados en microcontrolador para la adquisición y análisis de datos in situ, que se pueden adaptar rápidamente para realizar otros modos de evaluación en función de las demandas operativas de la misión en consecuencia.